DE1496524C - Bleifreies, gegen Entglasung stabiles optisches Glas mit einem Brechungsindex von wenigstens 1,65 und seine Verwendung ins besondere in Faseroptiken - Google Patents
Bleifreies, gegen Entglasung stabiles optisches Glas mit einem Brechungsindex von wenigstens 1,65 und seine Verwendung ins besondere in FaseroptikenInfo
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Description
So muß bei der Herstellung von Faseroptiken das 10 wenigstens 1,65 zu schaffen, welches für optische
Kernglas den höchstmöglichen Brechungsindex, einen Zwecke, insbesondere zur Herstellung von Fasermittleren
bis hohen Erweichungspunkt, einen breiten optiken, geeignet ist und neben einem möglichst hohen
Arbeitsbereich und für die meisten Anwendungszwecke Brechungsindex und einer geringen Verfärbungsten*
einen verhältnismäßig hohen Wärmeausdehnungs- T denz eine sehr große Stabilität bei den Zieh- und
koeffizienten aufweisen. Von besonderer Bedeutung 15 Arbeitstemperaturen aufweist und nicht zum Entsind
auch eine große Stabilität bei den Zieh- und glasen neigt und welches weiterhin einen mittleren bis
Arbeitstemperaturen und hohe Durchlässigkeit im hohen Erweichungspunkt und einen verhältnismäßig
sichtbaren Spektrum. hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
Bisher enthalten Gläser mit hohem Brechungsindex ' Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
typischerweise große Mengen an Blei- und/oder Titan- a° Glas gelöst, welches folgende Zusammensetzung in
oxiden oder aber ZrO2, WO3, HfO2 oder ThO2. Zur Gewichtsprozent aufweist:
Verwendung in Faseroptiken ist ein größerer Anteil ■ · , '
Bleioxid nachteilig, während wegen der praktischen Schwierigkeit, Titanoxid oder andere Titanverbindungen
genügend frei von färbenden Verunreini- »5 gungen herzustellen, Gläser mit genügenden Anteilen
Titan, um einen ausreichend hohen Brechungsindex zu ergeben, sich bei langen Faserlängen als zu stark
gefärbt erweisen. Die weiteren oben genannten Schwermetalloxide ZrO2, WO3, HfO2 und ThO2
scheiden wegen ihrer leichten Verfärbbarkeit ebenfalls aus. Außerdem haben Gläser mit wesentlichen Anteilen
Blei oder Titan im allgemeinen einen zu kleinen Arbeitsbereich oder entglasen leicht bei Arbeitstemperaturen.
Bei Gläsern, welche für Faseroptiken Verwendung finden sollen, scheiden aus den üblichen, den
Brechungsindex erhöhenden Zusätzen die oben erwähnten Schwermetalloxide, insbesondere das Bleioxid,
aus. Man muß daher bei Faseroptikgläsern auf andere den Brechungsindex erhöhende Zusätze zurückgreifen.
Es wurde nun gefunden, daß diese Schwierigkeiten
durch Weglassen von Blei und Titan sowie solcher
Schwermetalle, wie Zirconium, Hafnium und Tho-. 45 unterdrückt werden kann. Es ist besonders erstaunlich, rium, außer in verhältnismäßig geringen Mengen, daß das erfindungsgemäße Glas nebeneinander 5 bis und ihren Ersatz durch verhältnismäßig große Mengen 40 Gewichtsprozent Nioboxid und 15 bis 45 Gewichtsan Nioboxid als hauptsächlich für den hohen Bre- prozent Bariumoxid enthalten kann und dennoch chungsindex verantwortlicher Bestandteil vermieden nicht zum Entglasen neigt. Ein derartiges stabiles, werden können. Die Anwesenheit von Tantaloxid, der 5° Niob und Barium in der angegebenen Menge nebenin im Handel verfügbaren Niobverbindungen haupt- einander enthaltendes Glas ist bisher nicht bekannt.
durch Weglassen von Blei und Titan sowie solcher
Schwermetalle, wie Zirconium, Hafnium und Tho-. 45 unterdrückt werden kann. Es ist besonders erstaunlich, rium, außer in verhältnismäßig geringen Mengen, daß das erfindungsgemäße Glas nebeneinander 5 bis und ihren Ersatz durch verhältnismäßig große Mengen 40 Gewichtsprozent Nioboxid und 15 bis 45 Gewichtsan Nioboxid als hauptsächlich für den hohen Bre- prozent Bariumoxid enthalten kann und dennoch chungsindex verantwortlicher Bestandteil vermieden nicht zum Entglasen neigt. Ein derartiges stabiles, werden können. Die Anwesenheit von Tantaloxid, der 5° Niob und Barium in der angegebenen Menge nebenin im Handel verfügbaren Niobverbindungen haupt- einander enthaltendes Glas ist bisher nicht bekannt.
Lanthanoxid ist in seinem Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften der Faseroptik-Kerngläser, abgesehen
vom Brechungsindex, dem Bariumoxid sehr ähnlich, so daß beide Oxide innerhalb ziemlich breiter
Bereiche der Glaszusammensetzungen austauschbar
5 bis 40 Nb2O5 und wahlweise Ta2O5, mit mindestens
9O°/o dieser Menge an Nb2O5,
25 bis 40 SiO2 und wahlweise B2O3, mit mindestens
70 % dieser Menge an SiO2,
15 bis 45 BaO,
O bis 36 La2O3, .
O bis 15 CaO und/oder SrO,
O bis 10 ZnO und/oder CdO,
O bis 5 Na2O und/oder K2O und/oder Li2O,
höchstens 5 TiO2 und/oder ZrO2 und/oder HfO2
und/oder ThO2.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß mit dieser hinsichtlich der ausgewählten Bestandteile
und Mengenverhältnisse ganz speziellen Glaszusammensetzung die Entglasungstendenz von Nioboxid
und Bariumoxid enthaltenden Gläser weitgehend
sächlich vorhandenen natürlichen Verunreinigung, in Mengen nicht über 10 Gewichtsprozent der Niobmenge,
ist ohne Nachteil und verbessert in geringeren Mengen die Stabilität der Gläser.
Zwar sind aus der Vcrveröffentlichung S c hm i d t-V
ο s s, »Die Rohstoffe zur Glaserzeugung«, Leipzig, 1958, eine Reihe von Glasrohstoffen bekannt, welche
einen hohen Brechungsindex des Glases bewirken, darunter auch BaO, Nb2O5, Ta2O5 und La2O3. Ein
wesentliches Problem bei der Verwendung von Niob in optischen Gläsern besteht jedoch gerade in der
hohen Entglasungsneigung solcher Gläser. Dasselbe gilt auch für hohe Bariumoxidgehalte von etwa
20 Gewichtsprozent und mehr. Letzteres geht deutlich aus der obengenannten Vorveröffentlichung, S. 199,
Zeilen 31 und 32, hervor. Es sind zwar schon Bariumgläser mit bis zu 42 Gewichtsprozent BaO bekanntgesind.
Ihr Einfluß auf den Brechungsindex ist jedoch ganz verschieden, und der Index wächst mit dem
größeren La: Ba-Verhältnis.
Besonders brauchbar sind Gläser, die bei im übrigen gleicher Zusammensetzung 20 bis 40 Gewichtsprozent
Nb2O5 und wahlweise Ta2O5, mit mindestens 90°/0
dieser Menge an Nb2O5, jedoch kein oder 10 bis
36 Gewichtsprozent La2O3 enthalten.
Die folgende Tabelle führt eine Anzahl von Beispielen erfindungsgemälJer optischer Glaser auf, wobei
die Anteile der Oxide jeweils in Gewichtsprozent angegeben
sind:
Beispiel
3 I 4
3 I 4
SiO2
B2O3
BaO
CaO
ZnO
Nb2O3
La2O3
Na2O
Li2O
Brechungsindex
V (Abbe-Dispersionswert)
Spezifisches Gewicht
Spezifisches Gewicht
25
10
42
10
1,70
48
3,8.
48
3,8.
22
45
5 20
1,78 39 4,4 25
30
10
28
1,79
36
3,9
36
3,9
1,81
33
3,8
33
3,8
22
31
17
20
20
1,78
29
4,4
29
4,4
31
43
5
15
15
1,68
43
4,1
43
4,1
Die erfindungsgemäßen Gläser können hergestellt werden, indem man eine Mischung der Bestandteile
in üblichen, von schädlichen verunreinigenden Stoffen freien Tiegeln schmilzt. Besonders geeignet sind
Platintiegel. Der Einsatz besteht aus Oxiden oder Verbindungen, die sich unter den Schmelzbedingungen
zu Oxiden zersetzen, in entsprechenden Anteilen, um die angegebene Zusammensetzung zu erhalten. Im
allgemeinen werden Niob, Lanthan, Zink und Cadmium als Oxide zugesetzt. Barium kann als Oxid
oder Carbonat oder teilweise oder ganz als Peroxid zugesetzt werden; Calcium, Strontium, Natrium,
Kalium und Lithium können zweckmäßigerweise als Carbonate zugesetzt werden. Siliziumdioxid kann als
hochwertiger Quarzsand und Bor als Borsäure zugeführt werden.
Die Gläser schmelzen und raffinieren leicht bei Temperaturen zwischen 1344 und 1427°C. Sie können
wieder erhitzt und bei 816° C oder darunter zu Stäben oder Fasern gezogen werden. Die erfindungsgemäßen
Gläser sind selbst in langen Faserlängen praktisch farblos und bei den Arbeitstemperaturen sehr stabil.
Obgleich die erfindungsgemäßen Gläser als Kernglaser
für Faseroptiken besonders brauchbar sind, ist ihre Verwendung keineswegs darauf beschränkt.
Die optischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gläser sind vergleichbar denen der sogenannten
»Lanthan-Flintgläser«, und sie stellen daher ausgezeichnete optische Gläser dar. Wegen ihrer verhältnismäßig
großen Härte und Beständigkeit gegen chemische Angriffe sind sie auch für Abbe-Refraktometer
verwendbar, deren Prismen bisher aus weichen, leicht verkratzbaren und blindwerdenden bleihaltigen Gläsern
hergestellt werden. Die erfindungsgemäßen Gläser mit höherem Niobgehalt sind erheblich leichter als
ihnen entsprechende übliche optische Gläser und bieten daher Vorteile für massive optische Elemente,
bei denen das Gewicht eine erhebliche Rolle spielt.
Claims (5)
1. Bleifreies, gegen Entglasung stabiles optisches Glas mit einem Brechungsindex von wenigstens
1,65, welches insbesondere für die Herstellung von Glasfaseroptiken geeignet ist, gekennzeichnet
durch folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
5 bis 40 Nb2O5 und wahlweise Ta2O5, mit
mindestens 90 % dieser Menge an Nb2O5,
25 bis 40 SiO2 und wahlweise B2O3, mit
mindestens 70% dieser Menge an SiO2,
15 bis 45 BaO,
0 bis 36 La3O3,
0 bis 15 CaO und/oder SrO,
0 bis 10 ZnO und/oder CdO,
0 bis 5 Na2O und/oder K2O und/oder Li2O,
höchstens 5 TiO2 und/oder ZrO2 und/oder
HfO2 und/oder ThO2.
2. Glas gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei im übrigen gleicher Zusammensetzung
20 bis 40 Gewichtsprozent Nb2O5 und
wahlweise Ta2O5, mit mindestens 90% dieser
Menge an Nb2O5, jedoch kein La2O3 enthält.
3. Glas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich 10 bis 36 Gewichtsprozent
La2O3 enthält.
4. Verwendung von Gläsern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Faseroptik-Kernglas.
5. Verwendung von Gläsern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Prismen in Abbe-Refraktometern.
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19631581C1 (de) * | 1996-08-05 | 1997-11-27 | Schott Glaswerke | Blei- und lanthanfreie Bariumflintgläser |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19631581C1 (de) * | 1996-08-05 | 1997-11-27 | Schott Glaswerke | Blei- und lanthanfreie Bariumflintgläser |
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